Acél és fémek feszültségmentesítő lágyítása – hőmérséklet, folyamat és alkalmazás

Wyżarzanie odpreżające A feszültségmentesítés egy hőkezelési eljárás, amelynek célja a hegesztés, öntés, kovácsolás, hengerlés, megmunkálás, egyengetés vagy más technológiai folyamatok utáni maradékfeszültségek csökkentése egy anyagban. A megfelelően elvégzett feszültségmentesítés javítja az alkatrész méretstabilitását, és csökkenti a deformáció kockázatát a további feldolgozás vagy felhasználás során.
Az eljárás során az anyagot alacsonyabb hőmérsékletre melegítik, mint amely más hőkezelési típusokra jellemző alapvető szerkezeti változásokat idéz elő, megfelelő ideig melegítik, majd szabályozott módon lehűtik. A pontos paraméterek az anyag típusától, állapotától, az alkatrész méreteitől, a korábbi gyártástechnológiától, valamint a maradékfeszültségek szintjétől és eloszlásától függenek.
A feszültségmentesítő lágyítást mind szén-, mind ötvözött acéloknál, valamint – megfelelő paraméterekkel – öntöttvasnál, alumíniumötvözeteknél, réznél, titánnál és más fémes anyagoknál alkalmazzák. Különösen fontos hegesztett szerkezetek, nagyméretű kovácsolt és öntvények, valamint precíziósan megmunkált alkatrészek esetében, ahol még a kis méretváltozásoknak is működési következményei lehetnek.

Mi a feszültségcsökkentő lágyítás?

A külső erők hiányában is maradhatnak feszültségek egy anyagban. Ezek elsősorban akkor keletkeznek, amikor egy alkatrész különböző területei eltérő deformáción mennek keresztül, eltérő sebességgel melegszenek vagy hűlnek, illetve eltérő szerkezeti változásokon mennek keresztül.
A maradékfeszültségeket okozó tipikus folyamatok a következők:

• az anyag öntése és egyenetlen megszilárdulása,
• hegesztés és a hegesztés ezzel járó helyi felmelegedését és zsugorodását,
• hengerlés, kovácsolás, sajtolás, hajlítás és egyengetés,
• húzás és egyéb hidegalakítási eljárások,
• megmunkálás, különösen nagy anyagleválasztás esetén,
• csiszolás és intenzív felületkezelés,
• edzés és egyéb hőkezelési eljárások,
• különböző keresztmetszetű elemek egyenetlen melegedése vagy hűtése.

Feszültségcsökkentő lágyítás során a hőmérséklet növelése növeli a feszültség-relaxációs folyamatok valószínűségét. Az anyag egy meghatározott ideig egy adott hőmérsékleten marad, lehetővé téve a feszültségek jelentős csökkentését anélkül, hogy a mikroszerkezete teljesen megváltozna.
Ez azonban nem jelenti azt, hogy a lágyítás mindig teljesen megszünteti a feszültségeket. A feszültségmentesítés mértéke olyan tényezőktől függ, mint a hőmérséklet, az áztatási idő, az ötvözet típusa, az anyag állapota és a korábbi feldolgozási előzmények.

Miért végzik a feszültségcsökkentő lágyítást?

Az eljárás elsődleges célja az alkatrész stabilitásának növelése a további gyártás és felhasználás során. A maradék feszültségek az alkatrész alakjának megváltozásához vezethetnek az anyag marása, esztergálása, fúrása vagy vágása után. Szélsőséges esetekben repedésképződést is elősegíthetnek.
A feszültségcsökkentő lágyítást többek között a következőkre használják:

• hegesztés utáni maradékfeszültségek csökkentése,
• korlátozza a deformációt a további megmunkálás során,
• a precíziós alkatrészek méretstabilitásának növelése,
• kovácsolás, hengerlés vagy egyengetés során keletkező feszültségek csökkentése,
• nagyméretű öntvények és kovácsolt darabok stabilizálása,
• a félkész termék előkészítése a későbbi technológiai műveletekhez,
• a kész elem alakjában bekövetkező ellenőrizetlen változások kockázatának csökkentése.

Feszültségcsökkentő lágyítás - folyamathőmérséklet

A hőmérséklet az egyik legfontosabb feszültségmentesítési paraméter. Nincs egyetlen univerzális, minden anyagra alkalmas hőmérséklet. A tartományt az adott minőség, annak mikroszerkezete, szállítási állapota és a szükséges utókezelési tulajdonságok alapján kell kiválasztani.
A következő értékek tájékoztató jellegűek, és nem helyettesíthetik az adott anyagtípusra, szabványra, technológiai dokumentációra vagy a gyártó ajánlásaira megadott paramétereket.

Az ipari gyakorlatban a feszültségmentesítési hőmérsékletet a beázási idővel együtt kell figyelembe venni. A hőmérséklet növelése jellemzően felgyorsítja a feszültségmentesítési folyamatot, de a túlzott hőmérséklet nemkívánatos változásokat okozhat az anyag mikroszerkezetében és tulajdonságaiban.

Áztatási idő a hőkezelés során

A melegítési idő az anyagtípustól, a folyamat hőmérsékletétől, az alkatrész méreteitől, a keresztmetszeti vastagságtól és a tétel súlyától függ. A melegítési idő mérésének időzítése is kulcsfontosságú – az alkatrésznek el kell érnie a megfelelő hőmérsékletet a kívánt keresztmetszeti területen.
A kis és vékony falú alkatrészek viszonylag rövid melegítési időt igényelhetnek, míg a masszív kovácsolt, öntvényes vagy hegesztett szerkezetek sokkal hosszabb időt igényelnek a hőmérséklet-kiegyenlítődéshez és a hatékony feszültségmentesítéshez.
Emiatt az olyan egyszerű szabályokat, mint az „egy óra adott vastagsághoz”, csak technológiai irányelvként szabad tekinteni. A kritikus alkatrészek gyártásakor a paramétereket megfelelő hőkezelési technológiából kell levezetni.

Az elem melegítése

A szabályozott melegítés különösen fontos nagy alkatrészek, összetett formák és a keresztmetszeti vastagság jelentős változásai esetén. A túl gyors melegítés jelentős hőmérsékletkülönbségeket okozhat a felület és a mag között, ezáltal további hőfeszültségeket okozva.
Minél nagyobb az alkatrész és minél változatosabb a keresztmetszete, annál fontosabbá válik az egyenletes hőbevitel. Nagyméretű kovácsolt, öntvényes és hegesztett szerkezetek esetében a melegítési folyamatnak a kifejlesztett folyamattechnológia részének kell lennie.

Hűtés feszültségcsökkentő lágyítás után

A hűtés szabályozása ugyanolyan fontos, mint maga a melegítési és áztatási folyamat. Ha a feszültségmentesített alkatrészt túl gyorsan vagy egyenetlenül hűtjük le, az egyes területek közötti hőmérséklet-különbségek újra feszültséget okozhatnak.
Az alkatrész anyagától és méreteitől függően kemencében történő hűtést egy adott hőmérsékletre, szabályozott kemencében történő hűtést vagy álló levegőn történő további hűtést alkalmaznak. A hűtési módszernek figyelembe kell vennie mind a szükséges feszültségcsökkentés mértékét, mind a szerkezeti változások lehetőségét.

A feszültségcsökkentő lágyítás szakaszai

1. Az elem előkészítése – az anyag típusának, állapotának, méreteinek és a feszültségek okának meghatározása.
2. Szabályozott fűtés – az elem kívánt hőmérsékletre hozása a túlzott hőgradiensek korlátozása mellett.
3. Hőmérséklet-kiegyenlítés – a megfelelő hőmérséklet elérése az elem kívánt keresztmetszeti területén.
4. Bemelegítés – az anyag adott hőmérsékleten tartása egy megfelelő feszültségcsökkentést lehetővé tevő ideig.
5. Szabályozott hűtés – a hőmérséklet olyan csökkentése, amely korlátozza az újbóli feszültségképződés lehetőségét.

A feszültségcsökkentő lágyítás hatása az anyagtulajdonságokra

A megfelelően elvégzett feszültségmentesítő lágyításnak elsősorban a maradékfeszültségeket kell csökkentenie, miközben minimalizálja az anyag alapvető tulajdonságaira gyakorolt ​​hatást. Ez azonban nem jelenti azt, hogy a mechanikai tulajdonságok mindig teljesen változatlanok maradnak.

Keménység

Sok acélnál a megfelelően megválasztott feszültségmentesítés csak kismértékű keménységváltozást okoz. A folyamat hatása azonban függ a hőmérséklettől és az anyag korábbi állapotától. Hidegen edzett vagy hőkezelt anyagoknál a hőmérséklet növelése a keményedési hatás részleges elvesztéséhez vagy mikroszerkezeti változásokhoz vezethet.

Folyáshatár és szakítószilárdság

A folyáshatár és a szakítószilárdság változása az anyagtól és a folyamatparaméterektől függ. A feszültségmentesítés célja nem a szilárdság növelése, hanem elsősorban a maradékfeszültségek csökkentése. A túlzottan magas hőmérséklet vagy a túlzottan hosszú melegítési idő azonban befolyásolhatja a mechanikai tulajdonságokat, különösen a korábban edzett anyagok esetében.

Stabilność wymiarowa

A feszültségmentesítés egyik legfontosabb gyakorlati hatása a megnövekedett méretstabilitás. Ez kulcsfontosságú gépvázak, öntőformák, szerszámok, tengelyek, lemezek, nagyméretű kovácsolt darabok és más precíziós megmunkálású alkatrészek gyártásánál.
Ha egy félkész termék jelentős maradékfeszültségeket tartalmaz, az anyag eltávolítása marás vagy esztergálás során felboríthatja azok egyensúlyát, és a megmunkált alkatrész görbüléséhez vagy csavarodásához vezethet. A technológiai folyamat megfelelő szakaszában végrehajtott feszültségmentesítés csökkentheti ezt a jelenséget.

Hegesztés utáni feszültségcsökkentő lágyítás

A hegesztett varratok a feszültségmentesítési kezelések legfontosabb alkalmazásai közé tartoznak. Hegesztés során az anyag egy kis részét intenzíven felmelegítik, míg a szerkezet többi része jelentősen hidegebb marad. A későbbi lehűlés és az anyag zsugorodása maradékfeszültségek kialakulásához vezet.
Megfelelő anyagok és alkalmazások esetén a hegesztés utáni hőkezelés csökkentheti a hegesztési feszültségeket és stabilizálhatja a szerkezetet. Az ilyen eljárás paramétereit azonban nem szabad kizárólag az általános hőmérsékleti tartomány alapján kiválasztani; figyelembe kell venni az anyagminőséget, az alkatrész vastagságát, a kötés típusát, valamint a vonatkozó szabványok és folyamatdokumentációk követelményeit.

Feszültségcsökkentő lágyítás megmunkálás után

A feszültségmentesítés a megmunkálási lépések között is alkalmazható. Különösen hasznos nagyméretű vagy precíziós alkatrészek gyártásakor, amelyek jelentős anyagleválasztást igényelnek a nagyolás során.
Egy tipikus folyamat magában foglalhatja a nagyolást, a feszültségmentesítést, majd a simítást. Ez lehetővé teszi, hogy a feszültség-újraelosztásból eredő torzulások a végső felület és méretek elérése előtt bekövetkezzenek.

Feszültségcsökkentő lágyítás alkalmazása

Hegesztett szerkezetek

Az eljárás nagyméretű keretekben, karosszériákban, tartályokban, gépszerkezetekben és más hegesztett alkatrészekben alkalmazható, ahol a méretstabilitás és a hegesztés utáni feszültségek csökkentése fontos.

Kovácsolt darabok és kovácsolt alkatrészek

A nagy kovácsolt darabok feszültségeket tartalmazhatnak, amelyek mind a képlékeny alakváltozásból, mind az egyenetlen hűtésből erednek. A megfelelő hőkezelés az anyag további megmunkálásra való előkészítésének egyik lépése lehet.

Öntvények

Az öntvényekben feszültségek keletkezhetnek a dermedés és a hűtés során, különösen a változó falvastagságú alkatrészek esetében. A feszültségmentesítést többek között az öntvények és más nagyméretű alkatrészek méretstabilitásának növelésére használják.

Formák, öntőformák és szerszámok

Formák és öntőformák esetében a méretstabilitás közvetlenül befolyásolja a gyártott alkatrészek pontosságát. A megmunkálási lépések közötti feszültségmentesítés csökkentheti az intenzív marás vagy más mechanikai műveletek után fellépő deformációt.

Energia- és gépipar

Az eljárást ipari szerelési alkatrészek, házak, tengelyek, csővezetékek és egyéb alkatrészek gyártásánál és javításánál is alkalmazzák, ha az adott anyag technológiája hőkezeléssel biztosítja a feszültségcsökkentést.

Feszültségcsökkentő lágyítás és egyéb lágyítási típusok

A feszültségmentesítő lágyítást nem szabad összekeverni a normalizáló, lágyító, átkristályosító, homogenizáló vagy szferoidizáló lágyítással. Az egyes folyamatokat különböző hőmérsékleti tartományokban végzik, és különböző technológiai hatások elérésére szolgálnak.
Stresszoldás esetén a fő feladat a következő: a maradékfeszültségek csökkentése az anyag szerkezetének és tulajdonságainak lehető legkisebb változásávalMás hőkezelési eljárásokban azonban a mikroszerkezet megváltoztatása lehet a kezelés elsődleges célja.
Az egyes folyamatok összehasonlítása részletesebben is megtekinthető a weboldalon. acél hőkezelési módszereinek összehasonlítása.

A feszültségcsökkentő lágyítás előnyei

• a maradékfeszültségek csökkentése,
• az elemek méretstabilitásának javítása,
• korlátozza a deformációt a további megmunkálás során,
• a hegesztés, kovácsolás vagy öntés utáni deformáció kockázatának csökkentése,
• a nagy és összetett elemek stabilizálásának képessége,
• a félkész termék előkészítése a precíz kidolgozáshoz.

A feszültségcsökkentő lágyítás korlátai

• a nem megfelelő hőmérséklet megváltoztathatja az anyag mikroszerkezetét vagy tulajdonságait,
• a folyamat nem mindig vezet a maradék feszültségek teljes eltávolításához,
• a nagy alkatrészek hosszú és szabályozott fűtési és hűtési ciklust igényelnek,
• az egyik acéltípushoz megfelelő paraméterek nem feltétlenül megfelelőek egy másikhoz is,
• Egyes ötvözeteknél figyelembe kell venni a hőmérséklet hatását a korrózióállóságra, az edzési állapotra vagy a korábbi hőkezelésre.

Wyżarzanie odpreżające A hegesztés, öntés, kovácsolás, hengerlés, egyengetés, megmunkálás és egyéb gyártási folyamatok során keletkező maradékfeszültségek csökkentésére szolgáló fontos hőkezelési eljárás. A megfelelően megválasztott hőmérséklet, a hőntartási idő, valamint a fűtési és hűtési módszerek növelik az alkatrész méretstabilitását és csökkentik a későbbi deformáció kockázatát.
A feszültségmentesítési paramétereket mindig az anyag adott minősége és állapota alapján kell kiválasztani. A magas ötvözetű acélok, a korábban hőkezelt acélok és a színesfém ötvözetek különös óvatosságot igényelnek, mivel a túlzottan magas hőmérséklet a folyamat elsődleges célján túlmutató tulajdonságváltozásokat okozhat.

Acél hő- és termokémiai kezelési módszerei

A lágyítás csak egy az acél mikroszerkezetének és tulajdonságainak módosítására használt eljárások közül. A kívánt hatástól függően normalizálást, feszültségmentesítést, edzést, megeresztést, valamint termokémiai eljárásokat, például karbonizálást és nitridálást is alkalmaznak.

Acél hőkezelési módszerek

• Acél normalizálása – szemcsefinomítás és mikroszerkezet-egyesítés.
• Wyżarzanie odpreżające – a maradékfeszültségek csökkentése.
• Az acél lágyulása – a keménység csökkentése és a további feldolgozásra való hajlam javítása.
• Teljes hőkezelés – ausztenitesedés és lassú hűtés.
• Izotermikus hőkezelés – az átalakítást megfelelően megválasztott hőmérsékleten tartva hajtják végre.
• Golyós lágyítás – szferoidizálás – a cementit vagy más karbidok morfológiájának változása.
• Átkristályosításos hőkezelés – a zúzódás hatásainak megszüntetése és a képlékenység helyreállítása.
• Homogenizáló hőkezelés – a szegregáció csökkentése és az anyagösszetétel homogenizálása.
• Edzés és hőkezelés – a mikroszerkezet és a tulajdonságok alakítása edzéssel és megeresztéssel.
• Edzett acél – az acél tulajdonságainak szabályozott módosítása edzés után.
• Indukciós edzés – felületi indukciós melegítés és gyors hűtés.
• Láng edzés – felületi keményedés lánggal történő helyi melegítés után.
• Túltelítettség – megfelelő termikus ciklussal túltelített szilárd oldat előállítása.
• Öregedés – szabályozott fázisszétválás, ami az anyag megszilárdulásához vezet.

Acél termokémiai kezelési módszerei

• Acél nitridálása – a felületi réteg diffúziós nitrogéndúsulása.
• Karburáló acél – a felület diffúziós dúsulása szénnel.
• Karbonitriding – a felületi réteg egyidejű dúsítása szénnel és nitrogénnel.
• Nitrokarburálás / nitrokarburálás – a réteg elsősorban nitrogénnel és szénnel való dúsulása.
• Fúrás – a felület diffúziós telítettsége bórral.
• Diffúziós krómozás – a réteg krómmal történő diffúziós dúsulása.
• Diffúziós alumíniummal történő bevonat – a réteg diffúziós dúsulása alumíniumban.